TH2_ch2 L évolution récente de l atmosphère et du climat.
Les informations apportées par les glaces anciennes.
Le premier forage a été exécuté en 1966 par les Américains dans la partie nordouest du Groenland (Camp Century). Une carotte de glace de 1390 m a été récupérée. On a évalué qu'elle représentait 100 000 années (100 Ka) d'histoire. En 1988, une équipe de huit pays européens a entrepris un forage au centre du Groenland (Summit), là où la glace est à son maximum d'épaisseur. Quatre années plus tard, en 1992, on a atteint le socle rocheux à 3000 m. Les datations ont montré que cette carotte représente 250 Ka d'histoire (presque deux fois plus que la carotte soviétique de l'antarctique), donnant un taux moyen d'accumulation semblable à celui de l'antarctique, soit 1,2 cm/an.
Dès 1957, les Soviétiques avaient établi une station pratiquement au centre de la calotte antarctique (Vostok; on y a enregistré le record de la température la plus basse sur terre, -89,7 C!). Ce site est particulièrement intéressant, car les précipitations sont faibles (2 cm/an en équivalent eau), ce qui signifie qu'une carotte peut représenter une longue histoire.
En 1978, les Français se sont installés au sud de la station soviétique, bénéficiant du support logistique des Américains (Dôme C). Ils y ont extrait une carotte de 904 m représentant 40 Ka d'histoire. En 1982, un autre forage soviétique à Vostok a atteint les 2000 m, pour un temps établi à 150 Ka, ce qui donne un taux moyen d'accumulation annuelle de glace de 1,3 cm. La poursuite du forage de Vostok par une équipe franco-américano-russe, a permis en 1998 d'atteindre une profondeur de 3623 m représentant une période de 400 Ka.
1) Les glaces témoins de l atmosphère du passé
Observation au microscope en lumière polarisée : bulles d air piégées dans la glace. Leur analyse permet de connaitre l évolution de la concentration en gaz atmosphériques
La concentration des gaz à effet de serre (C0 2, méthane et protoxyde d'azote) montre, depuis 800 000 ans, des variations cycliques d'une périodicité d'environ 100000 ans ( de 7 à 8 phases)
Evolution actuelle de ces gaz. À plus petite échelle de temps, on observe depuis 1850 une augmentation très nette de la concentration de ces trois gaz : les valeurs atteintes actuellement sont supérieures aux valeurs les plus élevées connues avant le début de l'ère industrielle
Bilan activité 1 Les bulles d air emprisonnées dans les glaces polaires permettent de mettre en évidence des variations cycliques, de l ordre de 100 000 ans, de la concentration de certains gaz a effet de serre ; elles montrent aussi que, depuis 150 ans, on observe une augmentation inégalée depuis 800 000 ans des concentrations en CO 2, N 2 O et CH 4. La précision des mesures et la réalisation de nombreux forages permettent actuellement de suivre sur quelques dizaines d années, l évolution de certains polluants atmosphériques d origine humaine.
2) Les glaces polaires et les paléotempératures.
Plus la latitude augmente, plus la valeur du rapport O18/O16 diminue O18
Composition isotopique de l oxygène delta 18 O
Plus le delta 18 O (ou le delta D) de la glace est faible, plus il faisait froid au moment de sa formation.
Une augmentation du delta 18 O (ou le delta D) de la glace correspond à une augmentation de la température. Fonte des glaces
Une échelle de valeur le thermomètre isotopique. Il est en effet possible de retrouver les températures du passé grâce à un thermomètre isotopique qui s'appuie sur l'évolution de la concentration des isotopes de l'oxygène ou de l'hydrogène dans l'eau (et donc dans la glace). Ces rapports permettent d'estimer la température atmosphérique au moment de la formation de la glace. En effet, actuellement, on constate expérimentalement que le δ 18 0 et le δ D de la neige varient avec la température atmosphérique au moment de la précipitation : plus la température est basse, plus le δ 18 0 et le δ D de la neige sont faibles. La courbe traduisant les variations de l'un ou l'autre de ces rapports en fonction de la température est une droite. La mesure du δ 18 0 et le δ D de la glace permet donc d'estimer la température au moment de la chute de neige correspondante.
Comparaison intéressante: Les forages GISP, GRIP au Groenland et Vostok en Antarctique permettent : de préciser l évolution des paléotempératures au cours des derniers 100 000 ans de comparer ces variations dans les deux régions polaires. -12 c
Le rapport (18O/16O) moyen de l eau de l océan actuel sert de référence. Sa valeur est de 2.1O -3. Pour calculer le delta 18 O de la neige qui tombe, par exemple, au Groënland lorsqu il fait 30 C, on mesure son rapport ( 18 O/ 16 O). Sa valeur est de 1,93.10-3. En appliquant la formule vue précédemment : delta 18 O = (1,93.10-3 2.10-3 )/ 2.10-3 x 1000 On obtient delta 18 O = -35
Correction exercice En période glaciaire, les précipitations aux latitudes moyennes sont abondantes. De part la différence de masse des isotopes, les précipitations à ces latitudes sont formées H 18 2 Odonc le nuage s appauvrit en 18 O et s enrichit en 16 O. Les précipitations neigeuses aux hautes latitudes sont donc proportionnellement plus riches en 16 O, le 18 O/ 16 O diminue ainsi que ð 18 O. En période interglaciaire, la faiblesse des précipitations aux latitudes tempérées inverse le processus.
Bilan L utilisation d un thermomètre isotopique fondée sur le rapport concentration d isotopes ( 18 O et 16 O d une part, 1 H et 2 H d autre part), calibré à la zone d extraction des carottes glaciaires, permet de mettre en évidence une succession de périodes glaciaires et interglaciaires d une amplitude globale de 10 à 15 C et dont l origine est naturelle et non anthropique. Les mesures réalisées aux pôles montrent que les températures ont connu des cycles d à peu près 100000 ans pendant lesquels elles ont varié de 8 à 12 C: ce sont les cycles glaciaires-interglaciaires
3)Les variations de températures à différentes échelles. Les derniers 800000 ans correspondent à plusieurs cycles climatiques glaciaires/interglaciaires complets (100000 ans). Dans ces cycles, d autrent variations existent, d une périodicité de 41000 ans et 22000 ans en moyenne. Les derniers 10000 ans (holocène), le climat est resté celui d une période interglaciaire ( proche du notre actuellement); le dernier maximum glaciaire remonte à -20000 ans.
Les derniers 1000 ans Une phase chaude de l an 900 Une phase plus froide entre 1300 et 1850
4) L APPORT DE LA PALYNOLOGIE TP 4 Le pollen (équivalent du gamète mâle chez les végétaux supérieurs) possède une enveloppe extérieure, l'exine, qui résiste à la plupart des dégradations chimiques et biologiques
Cette enveloppe permet au pollen d'être dispersé dans l'environnement sans être abîmé et d'être fossilisé dans les sédiments. L'observation d'un pollen permet d'identifier l'espèce émettrice car la taille, la forme, l'ornementation de l'exine sont différentes d'une espèce (ou d'un groupe d'espèces) à l'autre.
Le spectre pollinique -Un lieu -Un temps donné -Un groupe d espèces recensés. -Reconstitution d une association végétale présente à cette époque et indicatrice d'un climat particulier (températureprécipitations)
Les principales associations végétales (forêt tropicale dense, savane, steppe, forêt tempérée ou encore toundra) sont appelées des biomes. Les biomes
Le diagramme pollinique Il traduit donc l'évolution, en ce lieu, des biomes au cours du temps. Associés à des méthodes de datation, les pollens permettent de retrouver les grandes variations climatiques récentes
Etude des foraminifères. Les foraminifères sont des organismes unicellulaires (protozoaires) aquatiques qui fabriquent une sorte de «coquille» calcaire appelée test. Après leur mort le test se retrouve piégé dans les sédiments.
Evolution globale du climat. 2 méthodes utilisées: - mesurant le δ 18 0 des carbonates des foraminifères (plus le δ 18 0 est faible, plus la paléotempérature de l'eau est élevée, à l'inverse de ce qui a été constaté dans les glaces) ; - en faisant une étude statistique des espèces de foraminifères présents dans les sédiments (en effet, certaines espèces ont des exigences climatiques précises et leur présence fournit des informations sur la température de l'eau de mer).
Glaces polaires et évolution récente du climat. La surveillance satellitaire de l Arctique (inlandsis et banquise) de 1979 à 2011 montre une surface en réduction d environ 1 % par an, en particulier au niveau de la banquise.
Débâcles d icebergs géants tel l iceberg B15-A, détaché de la barrière de glace de Ross en l an 2000, le plus grand iceberg dont l existence ait jamais été enregistrée.
Glacier de Pasterze (Autriche) Le recul des glaciers alpins «Le gros caillou», Lyon Bloc erratique transporté par les glaciers alpins ( 140000ans). Mise en évidence d épisodes glaciaires au cours du quaternaire.
Bilan activité 1 TP 5 L évolution récente du climat appréhendée a travers les mesures de superficie et d épaisseur des glaces polaires est marquée par un changement des températures estivales et hivernales entrainant, en particulier en Arctique, une diminution des glaciers et de la banquise. L étude des glaciers continentaux vérifie les autres données (pollens, 18O des carottes glaciaires, mesures par satellite du volume des glaces polaires) et donne une image locale des changements climatiques globaux ayant affecte le globe depuis 20 000 ans.
Conclusion du chapitre L étude des gaz piégés dans les glaces L étude du rapport isotopique ð 18 O dans la glace ou les tests de foraminifères L étude statistique des pollens fossilisés dans les sédiments L étude statistique des foraminifères dans les sédiments océaniques La surveillance satellites des zones polaires Le recul des glaciers continentaux L ensemble de ces données nous démontre que nous sommes dans une phase interglaciaire ayant présentée quelques fluctuations ( optimum médiéval, petit âge glaciaire). Les données actuelles montrent une augmentation importante et rapide de la T depuis le fin du XIXe siècle.
Variations- annexe au cours Voir aussi:http://bibliotheque.clermontuniversite.fr/sites/files/portail/docum ents/mercrediscience/flossman2.pdf